基于matlab仿真的pid校正控制课程设计本科毕设论文.docVIP

电控学院 控制系统仿真课程设计 题 目： 基于Matlab仿真的PID校正控制 院 （系）： 电气与控制工程学院 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 目录 一.控制对象分析 1.1设计任务 1.2控制要求与指标 1.2.1控制任务 1.2.2 控制指标 二.控制对象的特性分析 2.1静态特性分析 2.2动态特性分析 2.3系统性能评价 三.控制方案选择 四.控制器设计 4.1设计原理 4.2参数设计 五.控制系统仿真 5.1开环仿真图 5.2闭环仿真图 5.3仿真结果分析 5.3.1闭环静态分析 5.3.2闭环动态分析 六.结论 参考文献 一.控制对象分析 1.1设计任务 假设某弹簧（阻尼系统）如图所示，M=1kg,f=10N·s/m,k=20N/m。通过设计PID校正装置，构成反馈装置，使其达到设计的技术指标。 1.2控制要求与指标 1.2.1控制任务 系统的模型可描述如下： 1.2.2 控制指标 （1）系统的调节时间达到0.5s以内； （2）超调量达到10%以内； （3）无静态误差。 二.控制对象的特性分析 2.1静态特性分析 s=tf(s); G=1/(s^2+10*s+20) Transfer function: 1 -------------------- s^2 + 10 s + 20 pzmap(G) 零极点图 由控制理论可知，系统的稳定性和系统的极点位置相关。系统的极点全部落在左半S平面，所以系统是稳定的， 系统阶跃响应图 step(G); 2.2动态特性分析 从阶跃响应图可以看出，系统调节时间过长，超调量较小。 2.3系统性能评价 从图上可以看出该系统不能满足系统设计所要求达到的性能指标，需要加上合适的控制器。 控制方案选择 简单的说，PID调节器各校正环节的作用是： (l)比例环节及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例系数k的作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。k越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，也就是对偏差的分辨率(重视程度)越高，但将产生超调，甚至导致系统不稳定。k取值过小，则会降低调节精度，尤其是使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。 (2)积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数τ，τ越大，积分作用越弱，反之则越强。积分作用系数越大，系统静态误差消除越大，但积分作用过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若积分作用系数过小，将使系统静差难以消除，影响系统的调节精度。 (3)微分环节能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。 四.控制器设计 4.1设计原理 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： 相应的传递函数为： PID控制的结构图为： 在模拟控制系统中，调节器最常用的控制规律是PID控制，常规PID控制系统原理框图如图所示，系统由模拟PID调节器、执行机构及控制对象组成。 模拟PID控制系统原理框图 4.2参数设计 (1).加入P校正装置程序如下： s=tf(s); G=300/(s^2+10*s+320) Transfer function: 300 ---------------- s^2 + 10 s + 320 step(G); 此时系统的静态误差为。所以为了减少静态误差，可以选择比例增益为Kp=300。这样误差就缩小到0.0625.加入P校正后，程序如下： 从图中可以看出，系统的上升时间不超过0.2s，调节时间不超过0.7s,但是超调量比较大，达到了38%。 （2）.加入PD校正装置 选择PD校正，也就是在系统中加入一个比例放大器和一个微分放大器。这里选择Kp=300,Kd=10.编辑程序如下： s=tf(s); G=(10*s+300)/(s^2+20*s+320) Transfer function: 10 s + 300 ---------------- s^2 + 20 s + 320 step(G); 加入PD校正后，超调量减小了，